CN104216424A - 用于便携设备的精密流量控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于便携设备的精密流量控制器，包括进气口、比例控制阀、控制组件、出气口、流量传感器、气路结构模块和安装基座，所述气路结构模块与一小型缓冲气室连通，所述安装基座上设有多孔过滤器；气体经进气口进入，通过多孔过滤器后进入小型缓冲气室，所述小型缓冲气室的输出端将气体送入比例控制阀，经比例控制阀的控制调节后由出气口输出。本发明具有结构更加简单、体积更小、适用范围更广等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到流体控制的精密分析设备领域，特指一种适用于便携设备的精密流量控制器。
背景技术
在众多的精密分析设备中均要使用到流体控制部件，例如流量控制器的一种——电子压力控制器EPC（全称为Electronic Pressure Controller）。例如，在通用的气相色谱中，其气路的供气方式如图1所示。一般均是气源101进入储气罐102后，再进入到流量控制器103中来控制输入气相色谱仪104中的气体流量稳定。储气罐102在这里主要起的作用是过滤和缓冲，同时能与环境充分接触，使气体温度与环境温度相一致，方便EPC进行气体的环境温度补偿。上述结构的不足之处就在于：
1）储气罐102的体积不小，且相对笨重，不便于实现便携。
2）现场更换场地测试时，必然牵涉到对气路的拆装，操作麻烦。
3）当前储气罐102内充满的高纯气体拆装后放到大气中而浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构更加简单、体积更小、适用范围更广的用于便携设备的精密流量控制器。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于便携设备的精密流量控制器，包括进气口、比例控制阀、控制组件、出气口、流量传感器、气路结构模块和安装基座，所述气路结构模块与一小型缓冲气室连通，所述安装基座上设有多孔过滤器；气体经进气口进入，通过多孔过滤器后进入小型缓冲气室，所述小型缓冲气室的输出端将气体送入比例控制阀，经比例控制阀的控制调节后由出气口输出。
作为本发明的进一步改进：还设置有内置温度传感器，所述内置温度传感器与气体直接接触用来实现气体温度的实时补偿。
作为本发明的进一步改进：所述内置温度传感器的安装位置为最靠近流量传感器的地方并使用密封件密封在气路中。
作为本发明的进一步改进：所述多孔过滤器上具有若干个用来进行气体过滤和气体阻尼的过滤孔。
作为本发明的进一步改进：所述安装基座上在与多孔过滤器和小型缓冲气室接触的位置设有密封件。
作为本发明的进一步改进：所述小型缓冲气室设置于气路结构模块的内部。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的用于便携设备的精密流量控制器，结构更加简单、体积更小、适用范围更广，集成了气体过滤、缓冲和实时温度补偿功能，使EPC在几乎不增加重量和体积的情况下，达到替代实验室设备中大体积储气罐加EPC的方案。
2、本发明采用的是在EPC中增加多孔过滤器、小型缓冲气室和内嵌温度传感器的方式达到对输入气体的缓冲、过滤的效果和实时温度补偿的目的，以达到替换储气罐所起的作用和功能。
附图说明
图1是传统流量控制器在应用时的原理示意图。
图2是本发明流量控制器在应用时的原理示意图。
图3是本发明流量控制器的主视结构原理示意图。
图4是本发明流量控制器的俯视结构原理示意图。
图5是本发明在具体应用实例中的控制原理示意图。
图例说明：
1、进气口；2、气路结构模块；3、比例控制阀；4、内置温度传感器；5、流量传感器；6、控制组件；7、安装基座；8、小型缓冲气室；9、多孔过滤器；10、出气口；101、气源；102、储气罐；103、流量控制器；104、气相色谱仪；201、恒流驱动电路；202、数模转换单元；203、信号调理电路；204、模数转换单元；205、数据处理单元；206、存储器；207、对外通讯单元。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2～图4所示，本发明的用于便携设备的精密流量控制器，同样以应用于气相色谱仪104为例，本发明的精密流量控制器为流量控制器103，连接气源101，其包括进气口1、比例控制阀3、控制组件6、出气口10、流量传感器5、气路结构模块2和安装基座7，气路结构模块2与一小型缓冲气室8连通，小型缓冲气室8可以设置于气路结构模块2的内部或外部，安装基座7上设有多孔过滤器9，气体经进气口1进入，通过多孔过滤器9后进入小型缓冲气室8，小型缓冲气室8的输出端将气体送入比例控制阀3，经比例控制阀3的控制调节后由出气口10输出。其中，小型缓冲气室8和多孔过滤器9共同完成气体过滤和输入气体压力波动缓冲的功能，相当于使用气阻和气容的形式代替储气罐的纯气容方式实现对前端输入气体压力变化的缓冲作用；多孔过滤器9存在气阻，小型缓冲气室8可看作是小体积气体容器，其体积大小由流量控制器需要控制的流量大小来决定，流量越大，则体积也要增大。
多孔过滤器9可以根据实际需要采用金属类的过滤器或其他材料类的过滤器。
比例控制阀3、流量传感器5、控制组件6共同实现输出流量的精密控制。控制组件6为整个电子流量控制器的核心控制部分，其实现对流量传感器5的信号调理、检测、数据处理和对控制气流量的比例控制阀3进行驱动控制。
本实施例中，进一步设置内置温度传感器4，内置温度传感器4与气体直接接触，用来实现气体温度的实时补偿。内置温度传感器4主要用来实现气体温度的实时监测，以实现气体温度的准确补偿。高压气源输出的气体因为压力明显的改变，其温度会有明显的变化，此时直接使用大气温度补偿明显会存在较大的误差，要保证气体流量的准确控制，就需要准确的温度补偿，这里需要有准确的温度测量和快速的响应；热敏电阻作为温度传感器在此处是比较好的选择。内置温度传感器4的安装位置为最靠近流量传感器5的地方，使用O型圈进行密封在气路中，不要使用密封胶直接胶封在气路中，容易对气路造成堵塞或污染流过的高纯载气。
本实施例中，进气口1和出气口10，均依据实际需要的接口标准设计。例如，可以使用1/16英寸接口，材质为不锈钢；由于需要保证有足够的机械强度，与气路结构用螺丝组合安装，又因为是便携应用，整个流量控制器要做得轻巧，所以在没有机械强度要求的地方，尽量选择轻质材料，如本发明中的气路结构模块均使用铝材。
本实施例中，多孔过滤器9上具有若干个过滤孔，过滤孔的孔径、过孔率、长度三个参数要依实际使用进行设计确定，过滤孔径依需要过滤的颗粒粒径来选择，要选得比最小要求的过滤颗粒粒径小，如2um、5um和10um；过孔率、长度决定了其气体阻尼作用的大小，为保证其气体阻尼作用不要过大，其过孔率一般要求在40%及以上，在要求通过的流量越大时，长度要求要越短，以保证控制的流量范围能达到设计要求。例如，需要控制的流量范围为1 ～100sccm时，使用的多孔过滤器9的孔径为5um、过孔率为40%、长度为3mm，小型缓冲气室8的容积不小于2mL(2π*10^2*20mm)，其边角需要进行圆弧形设计，可在一定程序上减少气体死体积的存在。
安装基座7要实现多孔过滤器9和小型缓冲气室8的密封安装，接口处均使用若干个O型圈实现密封。
如图5所示，本实施例中，流量传感器5和内置温度传感器4分别检测到对应的流量信号和温度信号，经过信号调理电路203调理后进入模数转换单元204（ADC）进行采样；采样的信号传入到数据处理单元205（MCU）中处理，MCU将此流量信号与存储器206中存储的设定目标值进行对比，并考虑温度补偿，通过计算其与目标设定值的差异进行调整数模转换单元202（DAC）的输出，以控制恒流驱动电路201的输出电流大小来控制比例控制阀3来调整流过其气体的流量，以达到流量精密控制输出的目的。数据处理单元205（MCU）通过对外通讯单元207与上位机或其他设备进行数据交互。
从流量原理上考虑，由于本发明是应用在便携设备上，所需控制流量通常不超过200ml/min,对比电子电路中的滤波电路的原理，使用气阻和小体积气室的组合实现对气体的过滤和缓冲（电子电路中，当需要滤波的信号电流很小时，可以通过增大滤波电阻，来达到减小滤波电容的目的），经实验验证，在小流量（实测约在500ml/min以内），使用小气室和气阻的组合形式，可以达到实验中使用2.5L储气罐的效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于便携设备的精密流量控制器，其特征在于，包括进气口（1）、比例控制阀（3）、控制组件（6）、出气口（10）、流量传感器（5）、气路结构模块（2）和安装基座（7），所述气路结构模块（2）与一小型缓冲气室（8）连通，所述安装基座（7）上设有多孔过滤器（9）；气体经进气口（1）进入，通过多孔过滤器（9）后进入小型缓冲气室（8），所述小型缓冲气室（8）的输出端将气体送入比例控制阀（3），经比例控制阀（3）的控制调节后由出气口（10）输出。
2.根据权利要求1所述的用于便携设备的精密流量控制器，其特征在于，还设置有内置温度传感器（4），所述内置温度传感器（4）与气体直接接触用来实现气体温度的实时补偿。
3.根据权利要求2所述的用于便携设备的精密流量控制器，其特征在于，所述内置温度传感器（4）的安装位置为最靠近流量传感器（5）的地方并使用密封件密封在气路中。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于便携设备的精密流量控制器，其特征在于，所述多孔过滤器（9）上具有若干个用来进行气体过滤和气体阻尼的过滤孔。
5.根据权利要求1或2或3所述的用于便携设备的精密流量控制器，其特征在于，所述安装基座（7）上在与多孔过滤器（9）和小型缓冲气室（8）接触的位置设有密封件。
6.根据权利要求1或2或3所述的用于便携设备的精密流量控制器，其特征在于，所述小型缓冲气室（8）设置于气路结构模块（2）的内部。
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